ON-OFF Sensorschaltung

von Meinrad Götz
Platz 2 im Schaltungswettbewerb 2008
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Nahezu jede elektronische Schaltung verfügt über einen Ein- und Ausschalter. Mit den Bauteilen des Adventskalenders lässt sich eine Schaltung realisieren die statt eines mechanischen Schalters zwei Sensoren aufweist, über die ein Verbraucher ein und ausgeschaltet werden kann. Durch Berühren der Sensorfläche ON wird die Batteriespannung an den Verbraucher geschaltet. Durch berühren der Sensorfläche OFF wird der Verbraucher wieder von der Batteriespannung getrennt.

Funktion der Schaltung:
Auf der rechten Seite ist als R Last ein Widerstand eingezeichnet, welcher den Verbraucher symbolisiert, der über die Sensorschaltung geschaltet wird. Ob der Verbraucher an Betriebsspannung liegt wird durch die Leuchtdiode LED2 angezeigt.
Der eigentliche elektronische Schalter bildet der PNP Transistor T1, der leitend sein muss, wenn die Last eingeschaltet ist und sperren muss, wenn die Last ausgeschaltet ist. Wenn die Last abgeschaltet ist, sperrt T1 und wir wollen uns nun den Ein- und Ausschaltvorgang Schritt für Schritt betrachten.


Zum Einschalten wird die Sensorfläche ON berührt, so dass ein kleiner Strom über die Fingerkuppe und den Widerstand R5 als Basisstrom in den Transistor T2 fließt. Dadurch wird T2 geringfügig leitend und liefert dem Transistor T1 Basisstrom. Dadurch wird T1 leitend und am Ausgang wird zunächst eine kleine Spannung bereitgestellt. Nun kann aber zusätzlich über R3 ein größerer Basisstrom in den Transistor T2 fließen, wodurch dieser weiter aufgesteuert wird und T1 einen größeren Basistrom bereitstellt. T2 und T1 werden in kürzester Zeit voll aufgesteuert sein und auch dann noch leiten, wenn die Sensorfläche ON nicht mehr berührt wird. Über den Widerstand R3 ist eine sogenannte Mitkopplung realisiert, welche die beiden Transistoren T1 und T2 leitend hält. In der Elektrotechnik bezeichnet man solch eine Schaltung auch als Selbsthaltung. Die Spannung am Lastwiderstand ist nun nahezu so groß wie die Batteriespannung und die Leuchtdiode LED2 zeigt an, dass der Verbraucher eingeschaltet ist. Die Leuchtdiode LED1 ist übrigens nur dazu da, um beim Einschalten den Strom, der über die Fingerkuppe fließt nicht über R3 zum Verbraucher abfließen zu lassen. Ohne die LED1 würde der Strom nämlich über R3 und den Lastwiderstand fließen und stünde nicht als Basisstrom für T2 zur Verfügung. (Natürlich kann statt LED 1 auch eine ganz normale Diode verwendet werden, aber im Adventskalender war solch eine nicht enthalten, so dass wir uns mit einer LED helfen)
Um den Verbraucher auszuschalten wird die OFF Sensorfläche berührt, wodurch der Transitor T4 einen kleinen Basisstrom erhält, diesen verstärkt und dem Transistor T3 einen großen Basisstrom bereitstellt. T3 wird deshalb leitend und leitet den Strom der über R3 als Basisstrom in den Transistor T2 floß direkt zum Minuspol der Batterie ab. Wenn nun aber T2 keinen Basisstrom mehr bekommt, wird T2 sperren und damit auch den Basisstrom für T1 abschalten. Dadurch sperrt T1 und die Ausgangsspannung geht auf 0V, so dass die Mitkopplung (Selbsthaltung) über R3 unterbrochen ist. Durch Betätigen des ON Sensors kann der Verbraucher nun erneut eingeschaltet werden.

Interessant ist noch zu erwähnen, dass die Schaltung im ausgeschalteten Zustand so gut wie keinen Strom aufnimmt, so dass tatsächlich ein mechanischer Schalter durch zwei pfiffige Sensorflächen ersetzt werden kann.

 
 


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